1引言
　　近(jin)年來,電(dian)磁流量(liàng)計 的勵(li)磁結構(gou)況備受(shòu)研究人(rén)員的關(guan)注對外(wài)流式的(de)❄️電磁流(liu)量計的(de)磁場分(fen)布情況(kuang)進行了(le)仿真研(yan)究"在些(xiē)特殊的(de)🈲工況領(lǐng)域下,如(ru)何設計(jì)電磁流(liu)量計直(zhí)是🔴工程(chéng)技術人(ren)員研究(jiū)的熱點(diǎn)問題”,生(sheng)産測井(jǐng)中特殊(shū)工況環(huan)境下如(rú)何設♉計(ji)電磁流(liú)量計傳(chuan)感器結(jié)構一直(zhi)是石油(yóu)生産測(ce)井領域(yù)研究的(de)問題,電(dian)磁相關(guān)法流量(liàng)測量傳(chuan)感器解(jie)決了生(shēng)産測井(jǐng)中油氣(qi)水三相(xiang)流流量(liang)測量問(wèn)題.另一(yi)方面生(shēng)産測井(jǐng)空間狹(xiá)小，需要(yào)構造特(tè)殊的電(dian)磁流量(liàng)計傳感(gǎn)器,本🐪文(wén)提出了(le)一☎️種勵(lì)磁結構(gòu)的磁芯(xīn)設計爲(wèi)T型🛀🏻的電(dian)磁流量(liàng)計,使得(de)有限的(de)空間下(xia)電磁流(liu)量計的(de)勵磁線(xian)圈💰空間(jiān)增大,進(jin)而增強(qiáng)測量管(guan)道中(測(ce)量區域(yù))磁場強(qiáng)度，使兩(liang)端電極(ji)🌈感應信(xìn)号變大(dà),有助于(yu)信号的(de)獲取,爲(wèi)有限空(kong)間下的(de)井下 小(xiǎo)管徑集(ji)電磁流(liú)量計 實(shí)現提供(gòng)可能.同(tong)時,對電(diàn)磁流量(liang)計勵磁(cí)結構中(zhōng)T型磁芯(xīn)參數進(jìn)👉行研究(jiū)，獲得不(bú)同T型磁(cí)芯對測(ce)量管道(dào)⭐中磁場(chǎng)産生的(de)影響.研(yán)究結果(guǒ)可爲應(ying)用在一(yi)些特殊(shū)場合中(zhong)具有T型(xíng)磁芯的(de)電磁💘流(liú)量計實(shi)現提供(gong)參考依(yi)據.
1T型磁(ci)芯結構(gou)
　　T型磁芯(xīn)是爲較(jiào)小的空(kōng)間下實(shí)現盡可(ke)能大的(de)勵磁線(xiàn)圈而提(ti)出的,如(ru)圖1所示(shi)爲較小(xiao)空間結(jié)構下,設(shè)計有T型(xíng)磁芯的(de)電👅磁流(liu)量計傳(chuán)感器截(jie)面圖.在(zài)圖中1表(biao)🔅示線圈(quān)位置;2表(biǎo)示磁芯(xin)位置;3表(biǎo)示電極(jí)及其固(gù)定器⛷️件(jiàn)位置;4表(biǎo)示襯裏(lǐ)位置;5表(biao)示内徑(jìng)壁位置(zhi);6表示外(wài)徑壁;7表(biao)示測量(liang)管道(測(cè)量區域(yu)).如圖1所(suǒ)示電磁(ci)流量計(jì)勵磁結(jié)構磁🔞芯(xin)⭐造型近(jin)似爲T型(xíng)(因稱爲(wèi)T型磁芯(xīn)),磁芯在(zai)靠近電(diàn)💰磁流量(liang)🙇‍♀️計内管(guǎn)♉道時爲(wei)T型磁芯(xīn)的較長(zhang)端.如圖(tú)中所示(shi),T型磁芯(xin)較長端(duan)與x軸夾(jiá)角爲a,T型(xíng)磁芯較(jiào)短端與(yu)x軸夾角(jiǎo)爲b,T型磁(cí)芯較長(zhang)端寬度(du)爲k1,T型磁(ci)芯較短(duǎn)端寬度(dù)爲k2.
 
2磁場(chǎng)評價指(zhi)标
　　爲了(le)詳細的(de)獲得電(dian)磁流量(liàng)計勵磁(cí)線圈及(ji)T型磁芯(xīn)變化對(dui)流量計(ji)測量區(qu)域内部(bù)磁場強(qiáng)度分布(bù)的影響(xiang)情況，引(yǐn)入樣本(běn)平🤟均值(zhí)🥰樣本标(biao)準差、變(biàn)異系數(shù)磁場均(jun)勻度、感(gǎn)應電勢(shi)值等磁(cí)場評價(jià)指💚标分(fèn)析傳感(gan)器勵磁(ci)線🔴圈不(bu)同軸向(xiàng)長度時(shí)測量區(qū)域🈲内部(bu)磁場分(fen)布情況(kuang)，如🤩式(1)所(suǒ)示.式中(zhōng)，Bs爲樣本(ben)平均值(zhi);`B爲樣本(běn)标準差(chà);Bcv爲樣本(běn)磁場均(jun1)勻度;Bc爲(wei)樣本變(bian)異系數(shù).在這4個(ge)🔞磁場評(píng)價⚽指标(biāo)中,樣本(ben)平均值(zhi)越大越(yuè)好，樣本(běn)标準差(cha)🌏越小越(yuè)好,磁場(chǎng)均♍勻度(dù)越大越(yue)好,變異(yi)系數越(yue)小越好(hao).
 
　　式中，S均(jun1)勻爲測(cè)量區域(yù)任意一(yī)點磁感(gan)應強度(du)與`B之比(bi)🔞在均勻(yún)95%至105%的面(miàn)積和,S測(ce)量區的(de)總面積(jī)。
　　由Maxwell方程(chéng)及在一(yī)定的假(jiǎ)設條件(jian)下，可得(dé)I5]電磁流(liu)量計的(de)感👈應電(dian)🍉勢的表(biǎo)達方程(cheng)"],如式(2)所(suǒ)示:
 
　　式中(zhōng)，U2-U1是兩電(diàn)極的電(dian)勢差;A表(biao)示對所(suo)有空間(jian)積分;L爲(wèi)絕緣管(guan)道筒長(zhang)一半;r爲(wei)流量計(ji)截面管(guan)半徑;矢(shǐ)量`B是導(dao)電流體(ti)的流速(sù);B是磁感(gǎn)應強度(du);W爲矢量(liàng)權重函(han)數,它是(shì)-一個隻(zhi)由電磁(ci)流🔱量計(jì)本身結(jié)構決定(ding)的量.由(you)(2)式可知(zhī)，隻要确(què)定了流(liu)體的流(liú)速V、磁感(gan)應強度(dù)B、以及權(quan)重函數(shu)W,以及流(liú)量計管(guan)徑半徑(jìng),就可以(yǐ)求流量(liang)計🐕的感(gǎn)應電勢(shì)差.
3仿真(zhēn)實驗
　　仿(páng)真實驗(yan)中，設定(dìng)a分别爲(wei)23°,30°,35°,40°，45°,50°,設定b小(xiǎo)于等于(yu)a,根據實(shí)際情況(kuàng)設定❗角(jiao)度分别(bié)爲8°,16°,23°,30°,35°,40°,45°,50°.仿真(zhēn)實驗中(zhong)設定T型(xing)磁芯較(jiào)長端寬(kuan)度爲h1占(zhan)T型磁芯(xin)整個寬(kuān)度的1/3,1/2以(yǐ)及2/3時(即(ji)h1/(h1+k2)爲1/3,1/2以及(ji)2/3時的情(qing)況)分别(bié)考查不(bú)同參數(shù)情況下(xià)T型磁芯(xin)構建的(de)勵磁結(jié)構對電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)産生的(de)磁場影(ying)響情況(kuang).
 
　　如圖2所(suo)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gòu)在電磁(cí)流量計(ji)測量區(qū)域産生(shēng)磁場強(qiáng)度分布(bu)仿真圖(tú).由于篇(pian)幅原因(yīn)，這裏隻(zhī)顯示了(le)k1/(k1+k2)爲1/2,b爲23°的(de)🌈仿真圖(tu).圖2(a),(b),(c),(d)分别(bie)顯示的(de)是a爲23°,
4實(shi)驗數據(jù)分析
　　爲(wèi)了考察(chá)不同T型(xíng)磁芯結(jie)構對電(diàn)磁流量(liang)計測量(liàng)區域磁(ci)🏃‍♀️場強度(dù)的分布(bù)情況影(ying)響,仿真(zhēn)實驗中(zhōng)獲得的(de)📞數據👅結(jie)果運用(yong)公式(1)電(dian)磁流量(liang)計磁場(chǎng)強度分(fèn)布評價(jia)指标進(jìn)行分🐆析(xi)，以獲得(de)電磁流(liú)量計不(bú)同T型磁(ci)芯結構(gou)參數對(dui)流量計(jì)📐測量區(qu)域的磁(ci)場強度(du)分布影(ying)響,從而(ér)爲電磁(ci)流量計(jì)T型🔞磁芯(xīn)結構設(shè)計給出(chū)指導性(xìng)的意見(jian).
 
　　如圖3所(suǒ)示爲不(bu)同T型磁(ci)芯結構(gou)下測量(liang)區域産(chǎn)生磁場(chang)感應強(qiang)度平均(jun)值，圖中(zhong)橫坐标(biao)爲T型磁(cí)芯b的角(jiǎo)度,縱坐(zuo)标爲測(ce)量區域(yù)的平均(jun1)磁場強(qiáng)度，圖标(biāo)表示的(de)是T型磁(ci)芯的不(bú)同α的角(jiǎo)度以及(ji)磁芯長(zhang)端寬度(du)所占的(de)比例其(qí)中以“角(jiao)度-比例(li)”表示,例(lì)如30-1/2表示(shì)T型磁芯(xin)的🈲較長(zhang)端角度(dù)α爲30°,k1/(k1+k2)爲1/2時(shí)的測量(liang)區域中(zhōng)平均磁(ci)場強度(du)測量結(jié)果圖标(biāo)🥵Other爲T型磁(ci)芯較長(zhǎng)端的角(jiǎo)度α與較(jiao)🐇短端的(de)角度b相(xiàng)等(即爲(wei)23,30,35,40,45,50)時的流(liu)量計測(ce):量區域(yù)中的平(píng)均🈲磁場(chǎng)強度.從(cóng)仿真結(jié)🌈果可以(yǐ)看出:T型(xíng)磁芯💘的(de)較長端(duan)的角度(du)α越小，流(liu)量計測(ce)量區域(yù)中平均(jun)磁場強(qiáng)度越大(da);在T型磁(ci)芯的較(jiao)長端的(de)角度α一(yī)定時,T型(xíng)㊙️磁芯的(de)較🐇短端(duān)的角度(du)🈚b越小，流(liu)量計測(cè)量區域(yù)中平均(jun)磁場強(qiáng)度越大(dà);在T型磁(cí)芯的較(jiào)長端的(de)角度α與(yǔ)較短端(duan)的角🔞度(dù)b一定時(shi)✂️,T型磁芯(xin)的k1/(k1+k2)越小(xiǎo)，在流量(liang)💘計測量(liang)區域中(zhong)平均磁(cí)場強度(du)越大.
 
　　如(ru)圖4所示(shì)爲不同(tong)T型磁芯(xin)結構下(xia)測量區(qū)域産生(sheng)磁🏃🏻場🧑🏾‍🤝‍🧑🏼感(gǎn)應強🈲度(dù)标準差(chà)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xīn)b的角度(dù),縱坐标(biāo)爲測量(liang)區域磁(ci)場強度(dù)的标準(zhun)差，圖标(biao)圖例與(yǔ)圖3中一(yī)緻從仿(pang)真結果(guǒ)可以看(kàn)出:T型磁(cí)芯的較(jiao)長端的(de)角度α越(yuè)小，流量(liang)計測量(liàng)區域中(zhōng)磁場強(qiáng)度标準(zhǔn)👄差越大(da);在T型磁(cí)芯的較(jiào)長💃端的(de)角度α一(yī)定時,T型(xíng)磁芯🛀的(de)較短端(duān)的角度(du)b越小，流(liú)量計💔測(cè)量區域(yu)中磁👨‍❤️‍👨場(chang)強度标(biāo)準差😄越(yue)大;在T型(xíng)磁芯的(de)較長端(duān)的角度(du)α與較短(duan)端的角(jiǎo)度b一定(dìng)時,T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越(yue)小，在流(liú)量計測(cè)量區域(yu)中磁場(chǎng)強度标(biao)準差越(yuè)大。
 
　　标準(zhǔn)差代表(biao)磁場測(ce)量區域(yù)的磁場(chǎng)分布波(bo)動性較(jiào)大🌂，因而(ér)需引入(ru)變異系(xi)數對測(ce)量區域(yu)中的磁(cí)場分布(bù)情況進(jìn)一步🐇分(fèn)析☁️.如圖(tu)5所示爲(wei)不同T型(xing)磁芯結(jie)構🈚下測(cè)量區域(yù)磁場感(gǎn)應強度(dù)變異系(xi)數,圖中(zhong)橫坐标(biāo)爲T型磁(cí)芯b的角(jiǎo)度，縱坐(zuo)标爲測(cè)量區域(yù)磁場強(qiang)度分布(bu)的變異(yì)系數,圖(tu)标圖例(lì)與圖3中(zhong)一緻.從(cóng)仿真結(jié)果🐪可以(yǐ)看出:T型(xíng)磁芯的(de)較長端(duan)的角度(du)α越小，流(liú)量計測(cè)，量區域(yu)中磁場(chang)強度變(bian)異系數(shù)越大㊙️;在(zài)T型磁芯(xīn)的較長(zhang)🔴端的角(jiǎo)度α一定(ding)時🤞,T型磁(ci)芯的較(jiào)短端的(de)角度b越(yue)小，流量(liang)計測量(liang)區域中(zhōng)磁👣場強(qiáng)度變異(yì)系數越(yuè)大;在T型(xing)📱磁芯的(de)較長端(duān)的角度(du)α與較短(duǎn)端的角(jiao)度b一定(dìng)時，T型磁(cí)芯的k1/(k1+k2)越(yuè)小，在流(liú)量計測(cè)量區域(yu)中磁場(chang)強度變(biàn)異系數(shù)越大.異(yi)系數越(yue)大說明(míng)磁場分(fèn)布越不(bu)均勻，波(bō)動性越(yuè)大;異系(xi)數越小(xiǎo)說明磁(ci)場分布(bù)趨向均(jun)勻.下面(miàn)通過計(ji)算測量(liàng)區域中(zhong)的磁場(chang)均勻區(qu)域來對(duì)這一結(jie)果進一(yī)步的分(fen)析.
 
　　如圖(tú)6所示爲(wèi)不同T型(xing)磁芯結(jié)構下測(cè)量區域(yù)磁場感(gan)應強☎️度(dù)均勻✊區(qu)域面積(jī)，圖中橫(heng)坐标爲(wei)T型磁芯(xin)b的角度(du),縱📐坐标(biao)爲測量(liang)區域磁(ci)場強度(dù)分布的(de)均勻區(qu)域👈面積(ji),圖标圖(tu)例與圖(tu)3中⁉️一緻(zhì).從✔️仿真(zhen)結果可(ke)以看出(chu):T型磁芯(xīn)的較長(zhang)端的角(jiǎo)度α爲越(yuè)🌈小,流量(liang)計測量(liàng)區域中(zhōng)磁場強(qiáng)度均勻(yun)區域面(mian)積越大(dà);在T型磁(cí)芯的較(jiào)長端的(de)角度α一(yi)定📐時,T型(xíng)磁芯的(de)較短端(duan)的角度(du)b越小，流(liú)🐕量計測(ce)量區域(yù)中🥵磁場(chǎng)強度均(jun1)勻區域(yu)面積越(yuè)大;在T型(xíng)磁芯的(de)較長端(duān)的角度(du)α與較短(duan)端的角(jiao)🈲度b一定(ding)時,T型磁(cí)芯的🌈k1/(h1+k2)越(yuè)小，在流(liú)量計測(cè)量區域(yù)中磁場(chang)強度均(jun)勻區域(yù)面積越(yuè)大.
 
　　上面對(duì)不同T型(xíng)磁芯結(jie)構對流(liú)量計測(ce)量區域(yu)内部磁(ci)場分布(bù)❤️影響進(jìn)行了研(yan)究,下面(mian)通過電(dian)極兩端(duan)感應信(xìn)号如公(gōng)式㊙️(2)對電(dian)🌈磁流量(liàng)計T型磁(cí)芯結構(gòu)對流量(liàng)計測量(liàng)結果的(de)影響進(jìn)行研究(jiu).如圖7所(suǒ)示爲不(bú)同T型磁(ci)芯結構(gòu)下電磁(ci)流量計(jì)感應信(xin)号.圖中(zhōng)👌橫坐标(biāo)爲T型磁(ci)芯b的角(jiǎo)度,縱坐(zuò)标爲㊙️電(dian)磁流量(liang)計獲取(qǔ)的感應(ying)信号(電(diàn)勢差🧑🏾‍🤝‍🧑🏼),圖(tú)标表示(shi)的是T型(xíng)磁芯的(de)不同α的(de)角度,仿(pang)真中k1/(k1+k2)爲(wèi)🌈1/2.仿真實(shi)❗驗中虛(xu)線爲仿(páng)真流體(ti)爲湍流(liu)情況下(xià)獲取的(de)感應電(dian)🐆勢差,實(shí)線爲流(liu)體爲🈲層(céng)流情況(kuàng)下獲取(qǔ)的感應(yīng)電勢差(chà).
　　從仿真(zhēn)結果可(kě)以看出(chu):T型磁芯(xin)的較長(zhang)端的角(jiao)度α越小(xiao),流量🌈計(ji)電✏️極兩(liǎng)端獲得(dé)的感應(yīng)信号越(yue)大;在T型(xing)磁芯的(de)🔆較長端(duān)的角度(dù)α一定時(shi),T型磁芯(xin)的較短(duǎn)端的角(jiǎo)度b越小(xiao)，流量計(ji)電極兩(liǎng)端獲得(de)的感應(yīng)信号越(yuè)大.這主(zhǔ)要是因(yīn)😄爲電磁(ci)流量計(jì)勵磁🏃線(xian)圈的增(zeng)加,使得(de)流量計(jì)測量區(qū)域的磁(cí)場強度(dù)增加,同(tóng)樣🈚分布(bu)的流速(su)🙇🏻下使得(de)流量❤️計(ji)電極兩(liang)端的感(gǎn)應信号(hào)增加
　　仿(páng)真實驗(yàn)證明在(zai)有限的(de)空間下(xia)，修改T磁(cí)芯的不(bu)同參㊙️數(shu),可以增(zeng)😄加流量(liang)計測量(liang)區域内(nèi)部的磁(ci)場分布(bù)🈲情況，也(yě)可以适(shi)當的調(diào)整流量(liang)計測量(liang)區域中(zhong)的磁🏃🏻場(chǎng)強度與(yu)均勻度(dù),根據生(shēng)産測井(jing)中的🎯實(shi)際工況(kuang)，改變電(diàn)磁流量(liàng)計的T磁(cí)芯參數(shu)獲得設(shè)計參數(shù).
5結論
　　井(jǐng)下集流(liú)型電磁(cí)流量計(ji)在油氣(qì)井測量(liang)方面有(yǒu)廣泛的(de)應用前(qián)景,針對(duì)生産測(ce)井特殊(shū)工況下(xia)提出具(ju)有T型磁(cí)芯♊的勵(li)磁結構(gòu)的集流(liú)式電磁(ci)流量計(jì),利用有(yǒu)限元軟(ruǎn)件ANSYS建立(li)了該種(zhong)T型磁芯(xīn)結構電(dian)磁流量(liang)計的磁(ci)場分布(bu)計算機(jī)仿真模(mó)型,并通(tong)過各⛹🏻‍♀️種(zhǒng)性能指(zhǐ)标的分(fèn)析,獲得(dé)該T型磁(cí)芯結構(gòu)參數設(she)⭕計指标(biāo)與流😍量(liàng)計測量(liàng)區域中(zhong)磁場分(fen)布關系(xi),爲擁有(yǒu)T型磁芯(xīn)結構的(de)勵磁結(jie)構的實(shi)現提供(gòng)參考依(yi)🔴據.

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